收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

生物质炭输入对土壤氮素流失及温室气体排放特性的影响

刘玉学  
【摘要】:生物质炭是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质。常见的生物质炭包括木炭、竹炭、秸秆炭、稻壳炭等。生物质炭具有高度稳定性和较强的吸附性能,在全球碳生物地球化学循环、气候变化和环境系统中发挥重要作用。本论文通过对生物质炭特性的系统研究,针对制约我国农业可持续发展的农田土壤养分流失严重和稻田温室气体排放量大等问题,重点开展了生物质炭输入对土壤氮素流失的影响、对稻田土壤温室气体排放的影响以及对水稻生长发育和产量的影响等方面的研究,并就相关机理进行探讨,最后简要提出了今后土壤生态系统生物质炭的研究方向。研究结果为农林废弃生物质炭化资源化和稻田土壤温室气体减排提供了新思路,对实现传统农业向低碳农业发展的结构性跨越,确保我国农业健康可持续发展具有重要现实意义。具体研究结果如下: (1)选择典型性、代表性生物质炭为对象,研究不同生物质炭元素组成、形貌特征、表面基团以及吸附特性。生物质炭的性质受到多种因素的影响,主要包括生物质原料类型、热解过程的环境条件(如温度、供氧状况、湿度等)。炭化温度为600℃时,生物质炭具有较好的综合特性。竹炭和秸秆炭都具有发达的孔隙结构,虽然都以芳环骨架为主,但两者的芳香环结构及含有的含氧官能团有所差异。竹炭的BET比表面积和总孔容均大于秸秆炭,石墨化程度比秸秆炭更高,芳香化更强。秸秆炭的pH、电导率、阳离子交换量、表面酸性基团和碱性基团的数量均大于竹炭。秸秆炭对铵根离子的吸附能力强于竹炭。在改良土壤理化性质、提高土壤肥力方面,秸秆炭比竹炭具有更大的优势。 (2)通过实验室土柱淋溶试验,开展生物质炭输入对土壤氮素淋溶特性的影响研究。结果表明,添加竹炭可使土柱0~20 cm土壤溶液NH4+-N浓度显著降低。与只施加氮肥的处理相比,同时施加氮肥和竹炭可使土柱20 cm层土壤溶液NH4+-N累积淋失量在70 d内降低15.2%。添加竹炭使得0-20 cm土壤溶液电导率显著降低。竹炭对土壤中铵态氮具有良好的持留作用,可以起到减少化肥氮素淋溶损失、实现氮素缓释的效果。 (3)通过实验室模拟试验,开展了生物质炭输入对淹水稻田土壤温室气体CH4和C02排放的影响研究。研究发现在模拟厌氧条件无外加碳源情况下,稻田土壤CH4排放通量随着生物质炭添加水平的提高而降低,当添加水平为2.5%(w/w)时,竹炭、秸秆炭可使淹水土壤CH4的累积排放量分别降低51.1%、91.2%;而不同添加水平的生物质炭输入对淹水土壤CO2的累积排放量均未产生显著性影响。在以秸秆作外加碳源的情况下,生物质炭输入对淹水土壤CH4和CO2的排放仍然具有一定的抑制作用,但只有在添加水平达2.5%(w/w)时,秸秆炭的抑制作用至培养第49天才呈现出显著性。无论是否外加碳源,秸秆炭对淹水稻田土壤CH4和CO2排放的抑制作用均明显优于竹炭。此外,研究表明竹炭和秸秆炭输入对淹水土壤产甲烷活性起到不同程度的抑制作用,而对土壤甲烷氧化活性均没有产生显著性影响。PCR-DGGE分子指纹图谱分析表明,模拟培养49天后,无论是否添加秸秆,竹炭和秸秆炭输入都未对淹水稻田土壤产甲烷菌和甲烷氧化细菌的种群结构多样性产生显著性影响。 (4)通过田间试验研究了生物质炭输入对稻田氮素流失及水稻产量的影响。初步研究结果表明,在未施肥的情况下,添加1%(w/w)生物质炭对稻田氮素流失未产生显著性影响;在施加尿素的情况下,添加竹炭或秸秆炭均能够使稻田田面水和侧渗水NH4+-N、NO3--N和TN浓度呈现降低趋势,但差异性不显著,施加竹炭包膜尿素与常规尿素处理之间亦无显著性差异出现。秸秆炭比竹炭更有利于水稻的生长发育。在不施加尿素条件下,添加1%(w/w)秸秆炭可使水稻产量提高19.9%,即使是在施加尿素的条件下仍可使水稻产量提高11.2%;与秸秆炭相比,’竹炭对水稻产量没有显著性促进作用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张兴昌,邵明安;植被覆盖度对流域有机质和氮素径流流失的影响[J];草地学报;2000年03期
2 李英俊;王克勤;宋维峰;郭圣浩;李太兴;李云蛟;;自然降雨条件下农田地表径流氮素流失特征研究[J];水土保持研究;2010年04期
3 姚新昌;;不同施肥方式对龙陵坡耕地氮素流失的影响[J];经营管理者;2011年15期
4 黄沈发,陆贻通,沈根祥,唐浩;上海郊区旱作农田氮素流失研究[J];农村生态环境;2005年02期
5 陈治平;郭枫;袁静;蒋新会;章二子;黄锦珠;;稻田氮素流失及控制措施研究进展[J];水利科技与经济;2008年02期
6 茅国芳;陆敏;黄明蔚;刘敏;;稻麦轮作农田氮素流失及控制对策研究[J];上海农业学报;2006年04期
7 李强坤;李怀恩;胡亚伟;孙娟;;青铜峡灌区氮素流失试验研究[J];农业环境科学学报;2008年02期
8 赵亮;唐泽军;;聚丙烯酰胺调控地表氮素流失最佳管理措施研究[J];水土保持学报;2011年02期
9 温季;宰松梅;郭树龙;王全九;;淮北砂姜黑土区暗管排水氮素流失模拟研究[J];灌溉排水学报;2008年05期
10 张兴昌,邵明安;侵蚀条件下土壤氮素流失对土壤和环境的影响[J];土壤与环境;2000年03期
11 汪涛,朱波,武永锋,况福虹,徐泰平;不同施肥制度下紫色土坡耕地氮素流失特征[J];水土保持学报;2005年05期
12 田平;陈英旭;田光明;梁新强;张秋玲;俞巧钢;李华;;杭嘉湖地区淹水稻田氮素径流流失负荷估算[J];应用生态学报;2006年10期
13 赵茜;宣岩芳;曹林奎;;农田土壤氮素流失规律及其控制技术研究进展[J];上海交通大学学报(农业科学版);2009年04期
14 车明超;黄占斌;王晓茜;李文颖;锅圆;吴鹏;谢娜;;施用保水剂对土壤氮素淋溶及脲酶活性的影响[J];农业环境科学学报;2010年S1期
15 袁念念;黄介生;谢华;黄志强;;暗管控制排水棉田氮素流失规律试验[J];农业工程学报;2010年09期
16 赵亮;唐泽军;冯绍元;张自军;;旱作农业土壤水蚀条件下氮素流失效应试验研究[J];水土保持学报;2010年05期
17 王继增;彭琳;余存祖;;侵蚀条件下黄绵土氮素流失规律的研究[J];水土保持研究;1990年02期
18 于兴修,杨桂山,梁涛;西苕溪流域土地利用对氮素径流流失过程的影响[J];农业环境保护;2002年05期
19 邱卫国,唐浩,王超;稻作期氮素渗漏流失特性及控制对策研究[J];农业环境科学学报;2005年S1期
20 赵琦,曹林奎;农田氮素流失模型的构建与应用[J];环境污染与防治;2005年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵树君;崔远来;何军;史伟达;;不同水肥处理稻田氮素流失规律试验研究[A];现代节水高效农业与生态灌区建设(下)[C];2010年
2 赵琦;曹林奎;;农田氮素流失模型的构建与应用[A];全国农业面源污染与综合防治学术研讨会论文集[C];2004年
3 赵亮;唐泽军;冯绍元;;夏玉米种植条件农田地表径流氮素流失特征研究[A];现代节水高效农业与生态灌区建设(下)[C];2010年
4 朱波;汪涛;徐泰平;况福虹;罗专溪;高杨;;紫色丘陵区典型小流域氮素迁移及其环境效应[A];四川省第十一次环境监测学术交流会论文集[C];2010年
5 董文忠;谭勇;刘岚;王娟;邵志慧;李志红;;三峡库区农田氮流失的影响因素探析[A];全国农业面源污染综合防治高层论坛论文集[C];2008年
6 袁念念;黄介生;谢华;黄志强;;暗管控制排水棉田排水和氮素流失过程研究[A];农业、生态水安全及寒区水科学——第八届中国水论坛摘要集[C];2010年
7 冯君;郄瑞卿;孙彦君;王继红;;吉林省中部黑土耕层土壤氮磷养分流失的实验研究[A];发展水土保持科技、实现人与自然和谐——中国水土保持学会第三次全国会员代表大会学术论文集[C];2006年
8 彭鸿;张海峰;廖纯艳;张小林;陈存根;;南水北调中线水源预防保护区不同立地下土壤侵蚀与非点源污染初步研究——以宁陕县寨沟小流域为例[A];中国水土保持探索与实践——小流域可持续发展研讨会论文集[C];2005年
9 杨谢;赵燮京;王昌全;王昌桃;;保护性耕作下麦稻轮作水稻田土壤的氮素动态变化[A];四川省水土保持学会第四届会员代表大会暨学术交流会论文集[C];2007年
10 葛体达;宋世威;唐东梅;Roberts P.;Jones D.L.;黄丹枫;;上海郊区不同园艺生产系统土壤可溶性有机氮的含量及特性[A];中国园艺学会十届二次理事会暨学术研讨会论文摘要集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张继宗;太湖水网地区不同类型农田氮磷流失特征[D];中国农业科学院;2006年
2 陆敏;水旱轮作农田系统氮素循环与水环境效应[D];华东师范大学;2007年
3 邱卫国;农业氮素流失规律及河网污染控制研究[D];河海大学;2007年
4 徐爱国;原位模拟降雨条件下太湖地区不同农田类型氮磷流失特征研究[D];中国农业科学院;2009年
5 曹林奎;旱田土壤氮素流失特征及其控制途径研究[D];上海交通大学;2006年
6 赵林萍;施用有机肥农田氮磷流失模拟研究[D];华中农业大学;2009年
7 景卫华;农田排水系统管理及氮素流失模拟研究[D];西安理工大学;2010年
8 遆超普;不同空间尺度区域氮素收支[D];南京农业大学;2011年
9 高懋芳;小清河流域农业面源氮素污染模拟研究[D];中国农业科学院;2011年
10 赵中华;基于AnnAGNPS模型的桃江流域农业非点源污染研究[D];南昌大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 詹议;降雨对面源污染中氮素去向的影响研究[D];西南交通大学;2012年
2 付伟章;氮肥施用对农田氮素径流输出的影响及其机理[D];山东农业大学;2005年
3 罗在波;PAM对紫色土坡地氮素迁移淋失的控制效应[D];西南大学;2008年
4 闻轶;稻田氮素流失特征及土壤微生物多样性的研究[D];上海交通大学;2010年
5 王吉苹;源头流域氮的来源迁移与转化[D];厦门大学;2007年
6 宣岩芳;茭白田氮素流失特征及减量化施氮技术研究[D];上海交通大学;2008年
7 邓丽莉;几种强化剂与PAM联合作用对控制农业面源氮素迁移流失的效应研究[D];西南大学;2009年
8 杨春蕾;新型控释肥对水稻产量和稻田氮素流失的影响[D];浙江大学;2012年
9 赵健;GIS支持下的银南灌区农田排水区氮流失模拟研究[D];西安理工大学;2006年
10 王涛;滇池流域施用有机肥农田氮磷流失模拟研究[D];中国农业科学院;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 CUBN记者 罗丽娟;氮肥污染再次敲响警钟[N];中国联合商报;2010年
2 特约记者 吴世标 干俊;红四方公司领军化肥“控失”[N];中国化工报;2007年
3 刘惠迪;过量施用化肥 危害不容忽视[N];光明日报;2006年
4 吴士平;冬春施肥还是碳铵好[N];陕西科技报;2007年
5 翟洪民;怎样堆肥沤肥[N];陕西科技报;2008年
6 特约记者 吴世标 干俊;红四方进军控失复合肥领域[N];农资导报;2007年
7 国家杂交水稻工程技术研究中心 湖南杂交水稻研究中心 研究员 马国辉;超级杂交稻节氮栽培意义重大[N];湖南科技报;2007年
8 记者 陈敬农;中科院为湖泊富营养化开出“方剂”[N];科技日报;2007年
9 吴凡;应防止化肥污染对畜禽的危害[N];陕西科技报;2006年
10 李昊锋;缓释复合肥技术助力太湖水污染治理[N];农资导报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978